Procédé d'application de matière de revêtement par voie électrostatique et dispositif pour sa mise en aeuvre La présente invention concerne un procédé d'ap plication de matière de revêtement, par exemple de peinture, par voie électrostatique dans lequel la ma tière de revêtement est pulvérisée par son interaction avec de l'air et déposée sur un objet à revêtir, un champ électrostatique à haute tension étant maintenu entre une électrode de chargement et ledit objet.
L'application de peinture à des objets au moyen d'un jet de particules de peinture finement pulvérisée par son interaction avec de l'air est pratiquée depuis longtemps, la peinture étant pulvérisée au moyen d'un pistolet alimenté en air comprimé. On obtient de bons résultats, et ce procédé peut être mis en oeuvre dans des conditions très variées, mais son ren dement est faible quant à l'utilisation de la peinture pulvérisée, car une partie de celle-ci n'est pas dé posée sur l'objet à revêtir.
Même dans les systèmes électrostatiques anté rieurs de revêtement les plus efficaces, utilisant des pistolets à air, la quantité de peinture perdue en de hors de la zone de pulvérisation est suffisamment grande pour poser de véritables problèmes en ce qui concerne la protection de la santé des opérateurs, la suppression des dommages aux propriétés dus à l'im- mission d'excédents de peinture évacués, et la réduc tion des risques d'incendie. Dans la production in dustrielle, l'opération a dû être exécutée dans des cabines de pulvérisation équipées de systèmes de ventilation capables de fournir des vitesses d'air d'au moins 30 mètres à la minute, et ces vitesses de l'air augmentent elles-mêmes les pertes dues à ce que la peinture est emmenée trop loin.
Un équipement pour recueillir cette peinture, tel que des écrans pouvant être nettoyés, et, dans beaucoup de cas, même des rideaux d'eau, est nécessaire. Aucun des systèmes électrostatiques antérieures, dont les demandeurs ont eu connaissance, ne permet d'utiliser un pistolet à air tenu à la main pour la peinture de bâtiments, d'équi pements installés, de canalisations, et d'installations analogues, sans dilapider un excès appréciable de peinture créant à la fois un danger pour la santé de l'opérateur, et la possibilité d'endommager des sur faces non destinées à être peintes.
Le procédé selon l'invention permet d'éviter ces inconvénients. Il est caractérisé en ce qu'on emploie une électrode dont la partie la plus rapprochée du- dit objet a la forme d'une pointe afin qu'une zone clé forte ionisation soit produite au voisinage immédiat de cette électrode, en ce qu'on dirige dans cette zone la matière de revêtement délivrée par un dispositif de pulvérisation présentant un orifice de sortie ad jacent de cette zone, afin que des particules de ma tière de revêtement finement pulvérisée .produites ou amenées dans cette zone soient chargées électrosta- tiquement et par conséquent se déplacent sous l'ef fet du champ entre l'électrode et l'objet,
en ce qu'on fait en sorte que pratiquement toute la matière de revêtement délivrée par ledit orifice soit amenée à passer par cette zone, et en ce qu'on dispose la par tie en forme de pointe de ladite électrode et ledit ob jet de manière que l'espace qui les sépare soit exempt de tout élément présentant un potentiel susceptible d'attirer lesdites particules et de modifier la réparti tion du champ.
Les demandeurs ont découvert qu'il est possible ainsi d'obtenir des rendements de dépôt très élevés, tout en conservant les avantages du pistolet à air comprimé, en ce qui concerne le volume de matière de revêtement pulvérisée, la forme du jet de parti cules, le début et la cessation instantanés de la pul- vérisation, et la pulvérisation commercialement satis faisante de matières difficilement pulvérisables. Les demandeurs ont- en outre constaté qu'il est possible d'obtenir ces avantages avec un pistolet à air com primé qui peut être manipulé à la main, en toute sécurité, malgré l'utilisation d'une tension électrique élevée.
Avec les rendements de dépôt facilement at teints les problèmes de ventilation et de récupération de l'excédent de matière de revêtement pulvérisée sont grandement simplifiés, des vitesses réduites de l'air de ventilation ainsi que des réductions corres pondantes dans la consommation de puissance, et des pertes de chaleur moindres sont rendues possi bles, de simples filtres peuvent remplacer des rideaux d'eau, et le champ d'utilisation pratique d'un pistolet tenu à la main, sans le secours d'une cabine, est grandement étendu.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, des modes de mise en oeuvre du procédé selon l'inven tion. Dans ce dessin, la fig. 1 représente, en coupe axiale, un pistolet à air comprimé; la fig. 2 est une vue en bout, par l'avant, du pis tolet représenté à la fig. 1 ; la fig. 3 est vue de détail, en coupe transversale, du pistolet représenté aux fig. 1 et 2 ; la fig. 4 représente une autre forme d'exécution du pistolet à air comprimé, agencé pour fonctionner tenu à la main ;
la fig. 5 représente le pistolet de la fig. 4, utilisé pour peindre des cadres de bicyclettes ; la fig. 6 représente, en coupe axiale, une autre forme d'exécution d'un pistolet à main ; la fig. 7 est une coupe par la ligne 7-7 de la fig. 6 ;.
la fig. 8 est une coupe par la ligne 8-8 de la fig. 6, et montre des détails du mécanisme de distribu tion ; et la fig. 9 est une coupe partielle par la ligne 9--9 de la fig. 6.
A la fig. 1, le pistolet, désigné dans son ensemble par 10, est monté sur un support 11 à l'extrémité d'une tige 12 en une matière très isolante. Le pisto let 10 comprend essentiellement un corps principal 14, un gicleur à liquide 15, et un capot 16 à air, toutes ces pièces étant en métal, avec une tige mé- tallique 17 s'étendant axialement dans le corps et à travers le gicleur 15 et le capot 16.
Un canal 20 est agencé pour être raccordé à un tuyau flexible d'ali mentation en matière de revêtement liquide, par exemple de peinture ; une canalisation 21 est raccor dée à un tuyau flexible d'amenée d'air de pulvérisa tion ; une canalisation 22 est raccordée à une source d'air comprimé pour commander le fonctionnement du pistolet, et une borne 23 est connectée à une source de haute tension.
Le gicleur de liquide 15 est vissé dans le corps 14 du pistolet et présente un conduit axial 15a. Le capot de l'air 16 est monté concentriquement autour du gicleur de liquide 15 au moyen d'une bague ta- raudée 25. Le capot 16 peut présenter un ou plu sieurs trous pour l'air de pulvérisation, le plus impor tant étant un trou circulaire disposé axialement, dis posé pour entrourer la partie antérieure du gicleur de liquide 15 de manière à ménager un trou annulaire d'air 16a autour du conduit de liquide 15a. Des trous d'air supplémentaires peuvent être prévus, tels que ceux clairement visibles aux fig. 2 et 3.
En se reportant maintenant aux fig. 2 et 3, on voit que le capot 16, en plus du trou 16a, est muni de quatre paires de trous d'air supplémentaires de pulvérisation. Quatre trous d'air identiques 16b sont alignés verticalement et les axes de ces trous d'air 16b sont parallèles à ceux du conduit de liquide 15a et du trou d'air annulaire 16a. Les quatre trous d'air 16c sont placés horizontalement dans le plan de l'axe du pistolet, et les axes de chacun de ces trous sont disposés pour projeter un courant d'air trans versalement par rapport à l'axe principal du pistolet, comme on l'observe le mieux à la fig. 3.
Le capot d'air 16 comprend également deux buses à air 27 et 28 de conformation du dessin, fai sant saillie vers l'avant, au-delà du capot 16. Ces buses à air 27 et 28 sont réalisées en une matière très isolante, telle que le nylon , et présentant un ou plusieurs trous qui dirigent des courants d'air transversalement par rapport au prolongement anté rieur de l'axe du pistolet 10.
La tige 17 remplit trois fonctions, à savoir la commande de l'alimentation à la fois en matière li quide de revêtement et en air, à l'extrémité anté rieure du pistolet 10, et également la création d'une zone fortement ionisée, en avant de l'extrémité du pistolet, comme on le décrira plus complètement ci- après. La tige 17 est agencée pour pouvoir se dé placer dans l'axe du pistolet 10, vers l'avant et vers l'arrière, et elle porte un tiroir cylindrique 17a dis posé pour bloquer la canalisation d'air comprimé 21, et une soupape conique ou pointeau 17b, disposé pour s'appuyer sur un siège correspondant pratiqué dans le gicleur de liquide 15, pour commander la circulation du liquide dans le conduit 15a.
Le dia mètre de l'extrémité antérieure de la tige 17 est ex trêmement faible, et cette extrémité peut être un fil métallique 17c d'environ 0,5 mm de diamètre ou, de préférence, même plus faible, qui, lorsque la tige est dans sa position arrière, et le pistolet en fonctionne ment, s'étend approximativement sur 13 mm au-delà de la face antérieure du capot de l'air 16.
La tige 17 peut se déplacer de sa position ar rière (de non-fonctionnement) vers sa position avant (de fonctionnement), sous l'action d'un mécanisme classique à air comprimé. Un ressort en hélice 30, s'appuyant contre un piston 31 monté sur l'extrémité arrière de la tige 17, pousse cette dernière vers l'avant de manière à appliquer le pointeau 17b sur son siège dans le gicleur de liquide 15 et que le ti roir 17a bloque la tuyauterie d'air 21. Lorsque de l'air sous pression est admis par le canal 22 dans la chambre d'air 32, le piston 31 se déplace vers Par- rière en opposition à la réaction du ressort 30 et il entraîne la tige 17 vers l'arrière pour ouvrir le con duit de liquide 15a et le canal d'air 21.
De la matière de revêtement liquide est normale ment admise dans le canal 20, sous une faible pres sion, normalement égale à 0,14 à 0,21 kg/cm', et de l'air comprimé est admis dans le canal 21 sous des pressions de 0,84 à 1,05 kg/em= et, de préférence, ne dépassant pas 1,4.0 kg/cm2. Lorsque la tige 17 est déplacée vers l'arrière, la matière de revêtement liquide s'écoule par le conduit<I>15a</I> autour du fil 17c.
En même temps, de l'air sous pression s'écoule par le trou annulaire d'air<I>16a,</I> et à travers les trous à air 16b et 16c, pour pulvériser le courant de liquide jaillissant à l'air libre de l'extrémité du conduit<I>15a,</I> en un jet de particules finement divisées de matière de revêtement liquide. Ce jet, s'il n'est pas modifié ultérieurement, se dépose sur l'article à enduire dans une aire de forme générale circulaire qui, pour la plupart des opérations de peinture industrielle, n'est pas acceptable.
En conséquence. des courants d'air sont projetés transversalement à travers le jet pulvé risé, par les buses à air 27 et 28, comme indiqué clairement à la fia. 1, de manière à étaler en éven tail le jet vers l'extérieur pour lui donner une sec tion elliptique oblongue et étroite, avantageuse pour pour la plupart des opérations industrielles de revête ment par pulvérisation.
L'ensemble du pistolet 10 est maintenu à un po tentiel négatif élevé, de l'ordre de 100 kilovolts, en connectant la borne 23 à une source de haute ten sion 34. Le pistolet 10 est disposé en face de l'ar ticle à revêtir, et à environ 30 cm de cet article qui peut se déplacer en face du pistolet sur un transpor teur. Le pistolet est de préférence disposé de ma nière à projeter le jet de matière de revêtement li quide directement sur l'article à enduire ; il peut toutefois être avantageux, dans certains cas, de dis poser le pistolet obliquement par rapport à l'article ou à la ligne d'une série d'articles déplacés devant le pistolet, sur un transporteur.
Les articles à revêtir sont habituellement mis à la masse par l'intermédiaire de leur transporteur et, lorsque l'extrémité du fil d'électrode 17c est à envi ron 100 kilovolts, une zone fortement ionisée est créée au centre du jet, ce qui constitue un dispositif de chargement électrostatique extrêmement efficace pour les particules du jet qui ont été pulvérisées dans une zone en arrière de l'extrémité du fil 17c. Les par ticules sont projetées par les courants d'air issus des orifices d'air (trous d'air 16a, 16b et 16c) générale ment le long des lignes de force partant de l'extré mité du fil<B>17e</B> et aboutissant sur l'article à revêtir.
Etant donné que les buses d'air 27 et 28 sont en matière isolante et que la masse du pistolet<B>10,</B> bien qu'en métal, est située considérablement en arrière de l'extrémité du fil 17c et ne présente pas de bords aigus ni de parties saillantes, les lignes de force issues de l'article se concentrent sur le fil 17c, au voisinage de son extrémité. Si les buses d'air 27 et 28 sont suf- fisamment arrondies et placées quelque peu en ar rière de l'extrémité du fil, par exemple à 13 mm, elles peuvent être en métal sans diminuer sérieuse ment le rendement.
Pour obtenir l'effet maximum, l'extrémité du fil 17c doit être placée en avant de la zone de pulvéri sation du liquide, de manière que les particules du jet soient projetées à travers la zone hautement ioni sée créée autour de l'extrémité de l'électrode. En tout cas, l'extrémité du fil 17c doit dépasser d'au moins 3 mm la face avant du capot de l'air, dans la pulvérisation telle qu'elle est présentement décrite. Le fil 17c peut être prolongé de 25 mm, ou même de plusieurs fois 25 mm, axialement en avant du pistolet 10, au-delà de la face antérieure du capot 16, et assurer encore le chargement, et le dépôt sur l'ob jet à revêtir, d'une proportion remarquablement élevée de la matière pulvérisée.
Toutefois, un dé placement radial de l'extrémité de l'électrode en de hors de l'axe a pour résultat une diminution rapide de cette proportion et donc du rendement du dépôt, et l'extrémité de l'électrode doit être plus près de l'axe du jet que l'extrémité de l'orifice de sortie du liquide ou que de la face antérieure du capot de l'air.
A titre d'exemple d'un montage donnant un ren dement de dépôt très élevé, le pistolet réalisé comme le montrent les fig. 1 à 3 est installé à 30 cm d'un article et 100 kilovolts (de polarité négative) sont appliqués sur l'extrémité du fil 17c à partir d'un bloc à haute tension présentant une ondulation al ternative de 5'%, 100 cm- à la minute d'un émail au four couramment utilisé dans l'industrie, sont en voyés dans le canal 20 et de l'air de pulvérisation sous une pression de 0,84 kg/cm est envoyé dans le canal 21. Le fil 17c se prolonge sur 13 mm au-delà de la face antérieure du capot d'air 16 et son dia mètre est de 0,25 mm.
Dans ces conditions, la zone d'atomisation du liquide est d'environ 3,2 mm, ou légèrement moins, en avant de la face antérieure du capot d'air 16. L'extrémité avant du gicleur 15 du liquide entourant le fil 17c est un tube cylindrique à paroi mince dont le diamètre intérieur est de 1 mm et le diamètre extérieur de 2,5 mm, son extrémité an térieure affleurant dans la face antérieure du capot de l'air 16.
Dans ces conditions, la vitesse de l'air au voisi nage de la surface de l'article, lui-même à 30 cm de l'extrémité avant du pistolet, est approximativement de 360 m/min. On a constaté qu'avec l'agencement de charge et de dépôt décrits, il est avantageux que la vitesse de l'air à la surface de l'article ne dépasse pas 10 m/sec environ, et que les vitesses de l'air à la surface de l'objet à revêtir beaucoup plus élevées provoquent une diminution marquée du rendement du dépôt.
Des tensions voisines de/ou supérieures à 100 kilovolts sont avantageuses pour l'utilisation du pis tolet des fi g. 1 à 3, mais présentent un danger d'étin celles ou de jaillissement d'arc dans le cas où l'un des objets à revêtir (ou quelque autre objet à la masse) est approché trop près du pistolet en charge. Pour diminuer cette possibilité et pour que le pisto let fortement chargé puisse être placé au voisinage de l'article, une forte résistance 36, de l'ordre de 100 mégohms, peut être insérée dans la ligne qui conduit de la source de tension 34 à la borne 23, et, de pré férence, au voisinage immédiat de la borne.
Alors que la valeur de cette résistance peut varier en fonc tion de la tension du pistolet 10, une résistance d'en viron 1 mégohm pour chaque kilovolt appliqué au pistolet, donne une réduction sensible du danger de jaillissement d'arc ou d'étincelles.
Les fig. 4 et 5 représentent un pistolet 40 agencé pour être utilisé en le tenant à la main. Ce pistolet est raccordé, par des canalisations d'alimentation disposées dans une conduite 41,à une source 42 de matière de revêtement liquide, une source 43 d'air de pulvérisation, et il est connecté à une source 44 à haute tension par un conducteur contenu dans la conduite 41. Pour que le pistolet puisse fonctionner sans danger d'étincelles ou de jaillissement d'arc pou vant provoquer un incendie ou une gêne pour l'utili sateur, on lui applique certains principes énoncés dans le brevet suisse No 361744. Le pistolet 40 com prend un corps principal tubulaire 45 en une ma tière appropriée, fortement isolante, telle que le nylon<B> ,</B> dont la longueur est approximativement de 30 cm.
Le corps 45 est perforé axialement pour pré senter un canal 45a, pour la matière de revêtement liquide, un canal<I>45b</I> pour l'air de pulvérisation, et un canal central qui reçoit un tube isolant 46 qui contient des moyens pour transmettre la tension éle vée à l'extrémité du pistolet.
L'extrémité arrière du tube 46 contient un fil métallique 48 recouvert de polyéthylène et provenant de la source 44 à tension élevée. L'extrémité avant du fil 48 est connectée à une résistance 49 de va leur élevée, par exemple de l'ordre de 450 mégohms, lorsque la tension de sortie du bloc à haute tension 44 est de 150 kilovolts.
Du liquide est admis à l'extrémité avant du pis tolet 40,à partir de la source d'alimentation 42, par une canalisation 50 de liquide, sous la commande d'une soupape à pointeau 52, manceuvrée à la main, et, finalement, par le canal 45a. De l'air de pulvéri sation est amené à l'extrémité avant du pistolet en provenance de la source 43 d'air comprimé, par la canalisation d'alimentation en air comprimé 54 sous la commande d'un tiroir 56 et, finalement, par le ca nal 45b. Le pointeau 52 et le tiroir 56 sont com mandés par la même détente 58 pivotée au voisinage d'une poignée métallique 60.
Le pistolet 40 est agencé pour être tenu dans la main de l'opérateur par cette poignée 60, qui est mise à la masse comme l'indique la fig. 5, et l'utilisateur peut commander le débit du liquide et de l'air comprimé à l'extrémité antérieure du pistolet en actionnant la détente 58.
L'extrémité avant du pistolet 40 présente un gicleur de liquide 61 muni d'un canal axial de li- quide 61a, et un capot d'air 62 muni d'un ou plu sieurs trous 62a d'air de pulvérisation situés au voi sinage immédiat du canal de liquide 61a. Le gicleur 61 et le capot 62 sont en une matière très isolante telle que le nylon , bien que, si des matières très abrasives doivent être pulvérisées, une chemise cy lindrique en métal, en quartz ou élément analogue puisse être insérée dans le gicleur 61, autour du ca nal 61a. Les trous d'air d'atomisation dans le capot d'air 62 peuvent être disposés en principe comme montré aux fig. 2 et 3 décrites précédemment.
Le ca pot d'air 62 comprend aussi deux buses d'air 62b de conformation du dessin de pulvérisation qui pré sentent des trous disposés pour projeter des courants d'air transversalement à l'axe du jet pulvérisé, de manière à conformer le jet suivant le dessin en éventail avantageux industriellement.
Une électrode 64 constituée par une fine aiguille métallique s'étend axialement dans le canal de li quide 61a jusqu'en un point un peu en avant de la projection extrême des buses d'air 62b. L'électrode 64 est montée dans l'extrémité antérieure du corps 45 du pistolet, et l'extrémité postérieure de l'élec trode est reliée électriquement par un ressort 65 avec l'extrémité avant de la résistance élevée 49 pour créer une zone fortement ionisée au voisinage de l'extrémité de l'électrode 64.
En raison de la très faible capacité électrique de l'électrode 64 et du res sort 65, ainsi que de la limitation du courant due à la résistance élevée 49, la présence d'un objet mis à la masse (ou d'une personne) au voisinage immédiat, de l'électrode à aiguille 64 à charge élevée, ou même en contact avec cette aiguille, n'a pas pour résultat un arc ou une décharge électrique qui puisse pro voquer un incendie ou gêner l'opérateur.
La capacité électrique effective des éléments conducteurs tels que l'électrode 64 et le ressort 63, qui se trouvant au- delà de la résistance 49, cette capacité étant mesurée par leurs caractéristiques de décharge, est avantageu sement maintenue aussi basse que possible et, dans le cas d'un pistolet tenu à la main, et de préférence même dans le cas d'un pistolet automatique, cette capacité ne doit pas dépasser celle d'une sphère mé tallique d'environ 3 cm de rayon, et elle est de pré férence inférieure à celle d'une sphère métallique de 1 cm de rayon.
La fig. 5 montre le pistolet 40 utilisé pour pein dre une série de cadres métalliques de bicyclettes 66, qui se déplacent devant l'opérateur soutenus par des crochets 67 suspendus à un transporteur 68, mis à la masse. Avec 150 kilovolts appliqués à une résis tance 49 de 450 mégohms, et le pistolet étant placé aux distances habituelles de pulvérisation (15 à 30 cm) des cadres à peindre, mis à la masse, la chute de tension à travers la résistance 49 est appro ximativement de 50 kilovolts, ramenant ainsi le po tentiel de l'électrode 64 à environ 100 kilovolts.
Aux courtes distances de pulvérisation qui se présentent occasionnellement dans l'utilisation d'un pistolet tenu à la main, c'est-à-dire aux distances in- férieures à 15 cm, la poignée, à la masse, du pistolet 40, n'a pratiquement pas d'effet ; avec un corps de pistolet d'une longueur de 30 cm, la poignée est con sidérablement plus éloignée de l'électrode de charge que l'objet à revêtir, et le gradient moyen de poten tiel du champ entre l'électrode de charge et l'objet sera d'autant plus grand que celui du champ entre l'électrode de charge et la poignée, de sorte que ce dernier champ détermine effectivement les condi tions d'ionisation de l'atmosphère au voisinage de l'électrode de charge.
Cependant, lorsque la distance de pulvérisation augmente au-delà d'environ 15 cm, la poignée 60 commence à exercer sur le rendement de dépôt une action mesurable qui augmente d'une manière appréciable à mesure que la distance de pul vérisation augmente. Lorsque la distance de pulvé risation égale ou dépasse la distance entre l'électrode 64 et la poignée à la masse, l'augmentation du ren dement de dépôt attribuable à la présence de la poignée est très marquée.
L'utilisation d'une poignée ou de quelque autre élément monté à une distance déterminée de l'élec trode de charge, à titre de contre-électrode, offre la possibilité d'utiliser une source de potentiel d'une tension de sortie inférieure à celle mentionnée ci- dessus, car, en réduisant la distance séparant ces deux électrodes, le même gradient moyen de poten tiel peut être obtenu avec une réduction correspon dante de la différence de tension maintenue. En outre, la réduction de la différence de tension facilite l'in troduction de caractéristiques de sécurité avanta geuses. Le pistolet représenté aux fig. 6 à 9 est un de ceux qui présentent ces possibilités.
Le pistolet 70 représenté aux fig. 6 à 9 com prend un corps tubulaire 71 en matière isolante, re cevant à ses extrémités des embouts 72 et 73, égale ment en matière isolante, et mis en place par un col lage approprié. L'embout avant 72 porte un gicleur de liquide 74 et un capot d'air 75 pourvu des buses d'air 76. Au point de vue du fonctionnement, le gi cleur de liquide 74 et le capot d'air 75 sont sembla bles aux éléments correspondants des pistolets déjà décrits, le liquide débité par l'extrémité du gicleur de liquide étant pulvérisé par l'air débité par un orifice annulaire entourant cette extrémité et, si on le dé sire, par des trous adjacents sur la face avant du ca pot d'air.
Les buses d'air 76, sur leurs faces tournées vers l'axe du corps, présentent des trous 77 inclinés vers l'avant et vers l'intérieur, pour fournir des jets de conformation du jet de pulvérisation. Dans le canal central du gicleur de liquide 74, en arrière de l'extré mité du gicleur, est disposé un support 78, en ma tière isolante, et présentant une section transversale cruciforme, pour une électrode de charge 79 qui s'étend dans ce support et se prolonge à l'avant au- delà de l'orifice de jaillissement du liquide.
L'embout antérieur 72 présente plusieurs ca naux parallèles à l'axe, et une cavité centrale 80, ou verte à l'avant, qui communique avec l'intérieur du gicleur de liquide 74. Les canaux dans l'embout 72 comprennent un canal 81 à travers lequel l'air pour conformer le jet de pulvérisation est envoyé aux buses 76, un canal 82 (fig. 7) pour l'air de pulvéri sation et un canal 83 à travers lequel le liquide est amené dans la cavité centrale 80. L'air de pulvéri sation débité par le canal 82 arrive dans une gorge annulaire, à l'extérieur du liquide 74, et s'écoule à travers les canaux excentrés 84 dans un espace an nulaire qui entoure l'extrémité du gicleur de liquide et qui communique avec les orifices d'air de pulvéri sation, sur la face antérieure du capot d'air 75.
L'embout postérieur 73, creux, s'étend à l'arrière au-delà du corps 71 pour la fixation d'une poignée comprenant avantageusement deux pièces complé mentaires et analogues 85, présentant des parties 86 qui entourent l'extrémité arrière en saillie de l'em.- bout 73 et sont fixées à cet embout. Fixé dans la poignée, à son extrémité inférieure, est disposé un bloc 87 à travers lequel s'étendent un premier pas sage pour un conducteur à haute tension 88, et deux canaux conduits agencés pour être raccordés respec tivement aux conduites 89 et 90 d'amenée d'air et de liquide (fig. 9).
Un corps de boite à soupape 92 est également fixé dans la poignée 73, à l'arrière de celle-ci. Les éléments de poignée 85 et, avantageuse ment, le bloc 87 et la boite à soupape 92, sont en métal et sont mis à la masse, d'une manière décrite ci-dessous.
A l'intérieur du corps 71 et de la poignée 85, est disposé un manchon 93, en matière isolante, et avan tageusement en polyéthylène dont l'extrémité avant est engagée dans un évidement central sur la face arrière de l'embout 72. Sur une certaine distance en direction de l'arrière, le trou du manchon 93 est agrandi pour recevoir une résistance 94 dont l'extré mité avant est connectée à l'extrémité arrière de l'électrode 79, par un raccord 95 qui s'étend à tra vers la matière de l'embout 72, dans la cavité 80. Ce raccord 95 est avantageusement en fil métallique fin de manière que sa capacité combinée avec celle de l'électrode 79, soit aussi faible que possible et au plus égale à celle indiquée comme un maximum dans la description ci-dessus du pistolet 40.
Le conducteur à haute tension, désigné dans son ensemble par 88, comprend un conducteur central 97, un revêtement isolant 98, une gaine en fil tressé 99 entourant le revêtement 98, et, si on le désire, un revêtement extérieur 100. Ce revêtement extérieur 100 du conducteur à haute tension 88 aboutit dans le bloc 87 pour découvrir la gaine de fil métallique tressé 99 qui se prolonge vers l'intérieur dans un évidement fraisé dans la face supérieure du bloc où elle reçoit un anneau extenseur conique 101 qui épanouit l'extrémité de la gaine et l'applique en con tact étroit avec le bloc 87, en fixant ainsi le con ducteur 88 sur le pistolet et en établissant une con nexion électrique effective entre la gaine tressée et le bloc 87, et par l'intermédiaire de ce dernier, avec la poignée 85.
En mettant ainsi à la masse la gaine 99 dans le bloc d'amenée de courant, on met aussi à la masse la poignée. Le conducteur 97, avec son re vêtement isolant 98, se prolonge vers le haut à tra vers le manchon isolant 93 et vient en contact avec l'extrémité arrière de la résistance 94 à laquelle le conducteur 97 peut être connecté électriquement de toute manière convenable.
La fig. 8 représente des détails du corps de boîte à soupape 92. Comme on peut l'observer, la boîte à soupape 92 présente un orifice d'entrée d'air 105 et un orifice d'entrée de liquide 106, communiquant respectivement par les tubes 107 et 10$ avec les ca naux d'air et de liquide dans le bloc 87, à l'extré mité inférieure de la poignée.
Sur sa face avant (fig. 6 et 9), la boîte à soupape 92 présente un orifice de sortie d'air de pulvérisation<B>110</B> raccordée, par un tube<B>111,</B> au canal d'air de pulvérisation 82 dans l'embout avant 72, un orifice 112 de sortie d'air de conformation du jet pulvérisé raccordé, par un tube 113, au canal 81 dans l'embout avant, et un orifice de sortie de liquide 114 raccordé, par un tube 115, au canal de liquide 83 de l'embout avant. Les tubes <B>111,</B> 113 et 115 sont tous en matière isolante.
L'ori fice<B>1</B>12 de sortie d'air de conformation du jet pul vérisé est raccordé à l'orifice 110 de sortie d'air de pulvérisation, par l'intermédiaire d'un canal 112' (fig. 9) qui est pratiqué dans la boîte de soupape 92 et qui contient une soupape 116 réglant le débit d'air de conformation du jet pulvérisé à travers l'orifice de sortie 112. La communication entre l'orifice d'en trée d'air et les orifices de sortie d'air, 110 et 112, est commandée par une soupape 117, tandis que la communication entre l'orifice d'entrée de liquide 106 et l'orifice de sortie de liquide 114 est commandée par une soupape 118.
Les soupapes 117 et 118 sont pourvues de tiges 120 qui s'étendent à travers les branches 121 qui sont d'une seule pièce avec la boîte 92 et font saillie vers l'avant et vers l'arrière sur les faces opposées du manchon isolant 93 dans la poignée 85. A leur extrémité avant, les tiges 120 sont pourvues de têtes 122 guidées pour coulisser dans les branches 121 et poussées par des ressorts de compression 123 qui sollicitent les soupapes 117 et 118 vers leur position fermée.
Une détente 125 est montée pour pivoter dans l'angle formé entre le corps 71 et la partie par la quelle on saisit la poignée 85, et elle porte des vis réglables 126 disposées pour venir en contact avec les têtes 122 des tiges de soupapes, lorsque la dé tente est rapprochée de la partie par laquelle on sai sit la poignée 85 de manière à ouvrir les soupapes 117 et 118. Une vis de butée réglable 127 est mon tée dans la détente 125, en position pour venir en contact avec la partie par laquelle on saisit la poignée 85 pour limiter le mouvement d'ouverture des sou papes 117 et 118. Les vis<B>126</B> permettent la com mande de l'ordre dans lequel les soupapes 117 et 118 s'ouvrent lorsqu'on actionne la détente 125.
Le pistolet réalisé comme montré par les fig. 6 à 9 comprend un canon d'une longueur telle que la distance axiale entre l'extrémité antérieure de la par- tie 86 de la poignée et la face antérieure du capot d'air 75, soit d'environ 13 cm. Pour ménager une zone satisfaisante de charge du jet pulvérisé, au voisinage de l'électrode 79 de ce pistolet, on a utilisé un bloc d'amenée de courant ayant une tension de régime (négative) de 60 kilovolts. Pour garantir la sécurité d'emploi du pistolet, on a utilisé une résis tance 94 de 160 mégohms et on a introduit une résistance supplémentaire de<B>100</B> mégohms dans le circuit de sortie du bloc de puissance ou d'amenée de courant.
Lorsqu'un pistolet, comme celui qui vient d'être décrit, est placé de manière que la distance entre l'extrémité de l'électrode 78 et la poignée à la masse ne soit pas supérieure à celle entre l'extrémité de l'électrode et quelque autre objet à la masse, l'ex trémité de l'électrode a un potentiel négatif d'environ 50 kilovolts, et le champ entre l'électrode 79 et la poignée 85-86 a un gradient moyen de potentiel dans l'air d'un peu plus de huit kilovolts par 2,5 cm, qui est approprié pour maintenir une zone à la con centration élevée désirée en ions atmosphériques, au voisinage de l'électrode 79.
Comparée avec le pistolet 40, la distance la plus faible entre l'électrode de charge et la contre-élec- trode, dans le pistolet 70 permet de maintenir une zone de charge suffisamment efficace sur l'électrode 79, avec une tension appliquée inférieure ; et la pos sibilité d'utiliser une tension appliquée plus faible permet, à son tour, d'utiliser un bloc de puissance plus petit et moins coûteux, et un conducteur à haute tension 88 plus léger et plus souple. Cette der nière caractéristique est importante dans un pistolet tenu à la main puisqu'un conducteur lourd, relative ment rigide tel que l'exige une tension élevée, est un handicap pour l'opérateur pour déplacer le pistolet.
Dans tous les pistolets représentés et décrits ci- dessus, l'électrode de charge est un fil métallique fin unique, qui s'étend en avant et au-delà de l'orifice du liquide du pistolet. Bien que cette forme et cette dis position donnent les meilleurs résultats et soient pré férées, elles ne sont pas essentielles. En ce qui con cerne la forme, la base de l'électrode est moins im portante que sa partie extérieure, et cette base peut avoir un diamètre supérieur à n'importe lequel de ceux mentionnés ci-dessus, si le reste est réduit con venablement, et par exemple de forme effilée.
Quant à la disposition, l'électrode de charge peut être dis posée d'un côté de l'orifice de liquide, mais, à me sure que sa distance latérale à partir du liquide sor tant augmente, son aptitude à charger les particules liquides et à produire un rendement de dépôt élevé, tombe rapidement. Il en résulte qu'on n'emploie pas ordinairement une électrode excentrée disposée en dehors du trajet du jet pulvérisé, à moins qu'elle ne soit pas placée à plus de 13 mm de l'axe de l'orifice de liquide, et qu'on préfère qu'une telle électrode ne soit pas à plus de 6 mm de cet axe. Comme on l'a déjà remarqué, on préfère, si l'électrode est excen trée, que son extrémité soit plus près de l'axe de l'orifice de liquide que du plan de l'orifice.
L'effica cité d'une électrode excentrée pour charger les par ticules peut être augmentée, dans une certaine me sure, en prolongeant l'électrode en avant dans le jet. On a obtenu de bons rendements de dépôt avec un fil métallique de 0,25 mm de diamètre s'étendant en avant sur 1.5 cm à .partir de l'orifice de la peinture décalé de 19 mm de l'axe, et maintenu à un poten tiel de 90 kilovolts, mais le rendement de dépôt peut être augmenté d'une manière significative en ré duisant le décalage de l'électrode à 6 mm. On pré fère que la charge ne soit obtenue que par une élec trode de charge unique, toute électrode supplémen taire abaissant la charge désirée.
Dans la plupart des conditions industrielles, non seulement une petite électrode axiale mais même une électrode unique dé calée radialement d'une petite distance par rapport à l'axe du jet, produit un meilleur chargement que deux électrodes écartées de la même distance de l'axe. En tout cas, la zone ionisée créée par l'élec trode de charge est située de manière qu'elle soit tra versée par les particules de peinture tandis que, aussi bien les particules du jet dans la zone que les ions atmosphériques dans la même zone sont dans un état de concentration spatiale élevée.
Un exemple d'une telle zone est celle qui entoure un point loca lisé du gradient de potentiel de l'ordre de celui exis tant autour de l'extrémité isolée, c'est-à-dire non pro tégée par un écran, d'un fil de 0,25 mm de diamètre, présenté longitudinalement vers une électrode oppo sée, dont il est écarté de 30 cm, la différence de po tentiel entre cette électrode et l'extrémité du fil étant d'environ 100 kilovolts. Pour obtenir les meilleurs résultats, le potentiel de l'électrode de charge _ doit être négatif.
Il est évidemment important que l'extrémité de l'électrode soit placée dans une région qui ne soit pas indûment protégée électriquement. La présence de grosses particules dans un jet de peinture pulvérisée peut affecter d'une manière défavorable la qualité du fini obtenu, et il est avantageux, pour les finis de la meilleure qualité exigés dans l'industrie, que le jet produise des points d'impact dont la grandeur ma ximum ne dépasse pas 0,38 mm.
La grandeur ma ximum du point d'impact , envisagée ici, est définie comme le diamètre moyen des dix plus grandes taches ou points d'impact assurés sur une cible plate, à la masse, de 10 sur 15 cm, qui traverse suffisam ment rapidement la zone du jet dans un plan perpen diculaire à l'axe du pulvérisateur, et à 30 cm de sa partie la plus en avant, de manière que pratiquement toutes les particules du jet déposées forment des points d'impact qui ne se chevauchent pas.
L'effet des électrodes dans le jet pulvérisé sur la qualité de la pulvérisation obtenue ne dépend pas uniquement de leur diamètre, mais il est également influencé par d'autres facteurs tels que la distance sur laquelle elles s'étendent dans le jet et l'effet des jets d'air auxquels elles sont exposées.
Ainsi, une électrode en fil métallique de 0,25 mm de diamètre, s'étendant sur 6 mm au-delà de l'orifice de liquide n'a que peu ou pas d'effet sur la qualité de la pulvé risation, même à des pressions faibles d'air de pulvé risation, voisines de 0,840 kg/cm2 ; mais si elle s'étend beaucoup plus, ou dans la région où les jets d'air de pulvérisation s'étalent d'une manière appré ciable et perdent de la vitesse, on peut s'attendre à une altération de la pulvérisation.
Cependant, à moins que la longueur de l'élec trode ou de son support ne soit anormalement grande, tout effet nuisible à la pulvérisation, d'une électrode s'étendant profondément dans le jet peut être effectivement éliminé en dirigeant un ou plu sieurs jets d'air transversaux sur l'électrode. Dans les pistolets représentés aux dessins, les jets d'air de conformation débités par les buses d'air peuvent ser vir à cet effet.
Compte tenu des considérations ci-dessus, on préfère utiliser des électrodes dont le diamètre ne dépasse pas 0,25 mm environ, bien que des électro des dont le diamètre atteint 1,3 mm puissent être utilisées si la qualité du fini n'est pas déterminante, ou si l'électrode est exposée à des jets d'air de vi tesse convenable.
On a trouvé qu'en disposant la contre-électrode en arrière de l'extrémité antérieure du pistolet et en dehors de la région traversée par le jet, on peut at teindre un rendement du dépôt meilleur qu'avec un pistolet ne présentant pas de contre-électrode. Ce ré sultat peut être atteint sans que des particules de matière pulvérisée ne se déposent sur la contre-élec- trode, ce qui diminuerait le rendement de l'appareil et pourrait même provoquer la formation de grosses particules susceptibles de détériorer le fini du revête ment. Par région traversée par le jet , il faut en tendre ici l'espace occupé par le jet et adjacent à celui-ci et qui doit être exempt de tout élément pré sentant un potentiel susceptible d'attirer les parti cules de peinture pulvérisée.
Alors qu'un chargement hautement efficace des particules du jet peut être obtenu avec un champ entre une électrode de charge et une contre-électrode, et alors que cette charge efficace de particules pro voque par elle-même des rendements de dépôt éle vés, on considère encore comme ayant quelque im portance le fait qu'un champ appréciable existe entre l'électrode de charge et la pièce à enduire. Dans toute installation donnée, au moins une mesure gros sière de l'intensité effective du champ s'étendant de l'électrode de charge à la pièce à revêtir, est fournie par l'intensité du courant de champ qui s'écoule vers cette pièce à revêtir lorsque le pistolet n'est pas ali menté en liquide et en air comprimé.
On préfère des agencements dans lesquels, dans ces conditions, la circulation du courant de champ vers la pièce est au moins d'environ un microampère et, plus avantageu sement, d'au moins cinq microampères. Ce facteur a une influence dans la détermination de la distance minimum pratique entre l'électrode de charge et la contre-électrode. Afin d'atteindre des rendements de dépôt amé liorés par rapport aux systèmes commerciaux de pis tolets électrostatiques, il est nécessaire de charger les particules du jet à un certain rapport minimum de la charge à la masse. Des avantages sensibles supplé mentaires découlent d'une charge à un certain rap port plus élevé.
Un procédé pour déterminer le rap port de la charge à la masse consiste à déposer des particules chargées sur une cible appropriée et à mesurer le courant amené à la cible par les parti cules et à mesurer le poids des particules déposées sur la cible par unité de temps. Pour qu'un tel essai donne des résultats sûrs, il est nécessaire de tenir compte de tout courant produit par la décharge d'ions atmosphériques sur la cible. Il est également nécessaire d'étalonner le débit de la peinture issue du pistolet, la vitesse de l'air et la peinture pulvérisée.
On a constaté que la procédure d'essai suivante donne des résultats précis, acceptables comme me sure des rendements relatifs de différents agence ments de charge du jet On utilise une cible à la masse en forme de feuille plane, avantageusement en clinquant d'alu minium, d'environ 1 m de long et 50 cm de hauteur, disposée dans un plan vertical. Le pistolet est dis posé à une distance de 60 cm de cette cible et dirigé pour débiter perpendiculairement au centre de celle- ci. Si le contour du jet n'est pas circulaire, l'axe prin cipal doit être horizontal.
A mi-chemin entre la cible et le pistolet, et centrée à la fois par rapport au pistolet et à la cible, on dispose une grille à la masse constituée par 24 tiges métalliques verticales, de 2,5 cm de diamètre et 1,06 m de longueur, leurs axes étant à 7,6 cm les uns des autres et dans un plan pa rallèle à la cible. Un premier et un second micro- ampèremètre sont respectivement insérés sur les con ducteurs qui mettent à la masse la grille et la cible. Le débit d'air du pistolet est réglé pour donner une vitesse maximum de 12 m/sec à une distance de 30 cm du pistolet.
Presque toutes les particules d'air ionisées sont attirées sur la grille et déchargées sur elle, mais une petite partie des ions atmosphériques traverse la grille pour être déchargés sur la cible.
L'appareil décrit ci-dessus étant installé en air calme, et le dispositif de charge étant excité à la ten sion de fonctionnement, de la peinture est admise au pistolet à raison de 100 cm3 par minute et les indica tions des deux micro-ampvremètres sont enregistrées. Le débit de peinture est alors interrompu, ce qui pro voque généralement une augmentation dans les indi cations du premier micro-ampèremètre.
Lorsqu'une telle augmentation se produit, la tension est réduite jusquà ce que les indications du premier micro-am- pèremètre atteignent leur valeur originale, et les in dications de second micro-ampèremètre sont notées. La différence entre ces dernières indications et les indications originales du second micro-ampèremètre, représente, d'une manière satisfaisante, le courant amené à la cible par les particules de peinture seules, dans les conditions d'essai.
Si les indications du pré- mier micro-ampèremètre augmentent lorsque le dé bit de peinture est interrompu, le courant amené par la peinture est obtenu en soustrayant le courant à travers le second micro-ampèremètre, à la tension de fonctionnement, sans peinture, des indications de ce micro-ampèremètre avec la peinture.
Le rapport (R) de la charge électrique au poids de la peinture d'essai pulvérisée, qui peut avanta geusement être exprimée en micro-coulombs par gramme, est déterminé par la formule
EMI0008.0022
dans laquelle I représente le courant dans les micro- ampères amené par la peinture chargée, et déterminé au précédent paragraphe ; Wl représente le poids de la cible en grammes avant l'essai, W_, représente le poids de la cible après exposition, dans les condi tions d'essai, à la peinture pendant un intervalle de temps déterminé avec précision, d'approximative ment 10 secondes, puis, après cuisson de la cible peinte, pendant 20 minutes à 150e C ;
t représente le temps exact en secondes pendant lequel la cible est exposée au jet ; et S est la fraction représentant en poids la teneur en matière solide de la peinture d'essai.
Le rapport de la charge à la masse obtenu avec n'importe quelle installation de charge de jet peut être affecté par les caractéristiques de la peinture utilisée. Pour réduire au minimum les variations qui, autrement, résulteraient des différences entre les peintures, on utilise une peinture standard présen tant les caractéristiques suivantes - 1 partie en poids de bioxyde de titane à 99 0/0, rutile ;
32 parties en poids d'un alkyde sicca tif pur en milieu d'huile de soja exempt de solvant (48 % d'huile de soja, 34 % d'anhydride phtalique et 18 % de glycérol)
. L'alkyde doit avoir un indice d'acide inférieur à 12 et doit être tel que la viscosité d'une solution obtenue en diluant l'alkyde jusqu'à une teneur de 5011/o en produits non volatils, avec des essences minérales, doit se trouver dans la gamme de 36 à 120 poises, à 25 C.
- Un pigment et de la résine sont broyés jus qu'à une finesse de 7 NS en calibre Hegman. Après broyage, la peinture est étendue avec des essences minérales jusqu'à une viscosité de 16 secondes, me surée dans une coupelle Ford NI) 4, à 25 C ;
- Les essences minérales mentionnées ci-dessus doivent avoir une teneur en produits aromatiques de 18,% ; un indice de Kauri-butanol de 38, une gamme de distillation de 156 à 196e C, et un point d'éclair de 400, essayé dans la coupelle Tag fermée.
Le système de charge peut permettre d'atteindre des rapports charge à masse, mesurés par procédure d'essai ci-dessus, beaucoup plus élevés que ceux obtenus avec les systèmes électrostatiques de pisto- lets du commerce. On a déterminé que, pour obtenir ces rendements de dépôt plus élevés, le rapport de la charge à la masse doit être d'au moins 3/1 de micro- coulomb par gramme ; et on obtient d'autres avan tages appréciables en utilisant un dispositif de charge qui donne un rapport de la charge à la masse d'au moins trois micro-coulombs par gramme.
Lorsqu'on se réfère ci-dessous à un dispositif de charge capable de charger un jet à au moins un certain nombre de micro-coulombs par gramme, on envisage le fonc tionnement de ce dispositif dans les conditions de la procédure d'essai ci-dessus.
Lorsque dans ce qui précède, on a parlé de pein ture, il doit être entendu que ce terme doit être pris dans un sens très général pour comprendre les la ques, les émaux, les frittes de porcelaine, etc. D'une manière générale, le procédé et l'appareil dont des exemples ont été décrits sont utilisables pour l'appli cation de tout type de matière liquide qui, après ap plication sur une surface d'un objet, et soit du fait de ses caractéristiques propres, soit du fait d'un traite ment ultérieur, se stabilise en formant une pellicule sèche sur la surface en question.
L'application du procédé n'est pas limitée aux pistolets dans lesquels le liquide est pulvérisé en uti lisant de l'air comprimé. Ce procédé comprend des caractéristiques qui peuvent être avantageusement utilisées dans des pistolets hydrostatiques, dans les quels le liquide est éjecté sans air sous une pression élevée à travers un petit orifice et pulvérisé par inter action avec l'atmosphère.
The present invention relates to a process for the application of coating material, for example paint, by electrostatic means in which the coating material is sprayed. by its interaction with air and deposited on an object to be coated, a high voltage electrostatic field being maintained between a charging electrode and said object.
The application of paint to objects by means of a jet of finely sprayed paint particles by its interaction with air has been practiced for a long time, the paint being sprayed by means of a gun supplied with compressed air. Good results are obtained, and this process can be carried out under a wide variety of conditions, but its yield is low with regard to the use of the sprayed paint, since part of it is not deposited on the paint. the object to be coated.
Even in the most efficient prior electrostatic coating systems using air guns, the amount of paint lost outside of the spray area is large enough to cause real problems in protecting human health. operators, elimination of property damage due to discharge of excess paint, and reduction of fire hazards. In industrial production, the operation had to be performed in spray booths equipped with ventilation systems capable of delivering air speeds of at least 30 meters per minute, and these air speeds increase. - even the losses due to the paint being taken too far.
Equipment to collect this paint, such as cleanable screens, and, in many cases, even water curtains, is needed. None of the prior electrostatic systems known to the Applicants allows a hand-held air gun to be used for painting buildings, installed equipment, pipelines, and the like without wasting a appreciable excess of paint creating both a danger to the health of the operator, and the possibility of damaging surfaces not intended to be painted.
The method according to the invention makes it possible to avoid these drawbacks. It is characterized in that an electrode is used whose part closest to said object has the shape of a point so that a key zone of strong ionization is produced in the immediate vicinity of this electrode, in that directs into this zone the coating material delivered by a spray device having an exit port adjacent to this zone, so that particles of finely pulverized coating material produced or brought into this zone are electrostatically charged and by therefore move under the effect of the field between the electrode and the object,
in that practically all of the coating material supplied by said orifice is made to pass through this zone, and in that the tip-shaped part of said electrode and said object are arranged so that the space which separates them is free of any element having a potential capable of attracting the said particles and of modifying the distribution of the field.
The applicants have discovered that it is thus possible to obtain very high deposition yields, while retaining the advantages of the compressed air gun, with regard to the volume of coating material sprayed, the shape of the particle jet. , instantaneous onset and cessation of spraying, and commercially satisfactory spraying of difficult to spray materials. Applicants have further found that it is possible to achieve these advantages with a compressed air gun which can be safely handled by hand despite the use of high electrical voltage.
With the deposition yields easily attained the problems of ventilation and recovery of excess sprayed coating material are greatly simplified, reduced ventilation air speeds as well as corresponding reductions in power consumption, and less heat loss is made possible, simple filters can replace water curtains, and the practical range of use of a hand-held gun without the aid of a booth is greatly extended.
The appended drawing illustrates, by way of example, embodiments of the method according to the invention. In this drawing, fig. 1 shows, in axial section, a compressed air gun; fig. 2 is an end view, from the front, of the udder shown in FIG. 1; fig. 3 is a detail view, in cross section, of the gun shown in FIGS. 1 and 2 ; fig. 4 shows another embodiment of the compressed air pistol, arranged to operate held in the hand;
fig. 5 shows the gun of FIG. 4, used to paint bicycle frames; fig. 6 shows, in axial section, another embodiment of a hand gun; fig. 7 is a section taken along line 7-7 of FIG. 6;.
fig. 8 is a section taken along line 8-8 of FIG. 6, and shows details of the dispensing mechanism; and fig. 9 is a partial section taken on line 9--9 of FIG. 6.
In fig. 1, the gun, designated as a whole by 10, is mounted on a support 11 at the end of a rod 12 made of a very insulating material. The gun 10 essentially comprises a main body 14, a liquid nozzle 15, and an air cover 16, all of these parts being made of metal, with a metal rod 17 extending axially into the body and through the nozzle. 15 and cover 16.
A channel 20 is arranged to be connected to a flexible supply pipe for liquid coating material, for example paint; a pipe 21 is connected to a flexible pipe for supplying spraying air; a line 22 is connected to a source of compressed air to control the operation of the gun, and a terminal 23 is connected to a source of high voltage.
The liquid nozzle 15 is screwed into the body 14 of the gun and has an axial duct 15a. The air cover 16 is mounted concentrically around the liquid nozzle 15 by means of a threaded ring 25. The cover 16 may have one or more holes for the atomizing air, the most important being a hole. circular hole arranged axially, arranged to surround the front part of the liquid nozzle 15 so as to provide an annular air hole 16a around the liquid duct 15a. Additional air holes can be provided, such as those clearly visible in fig. 2 and 3.
Referring now to Figs. 2 and 3, it can be seen that the cover 16, in addition to the hole 16a, is provided with four pairs of additional spray air holes. Four identical air holes 16b are aligned vertically and the axes of these air holes 16b are parallel to those of the liquid duct 15a and the annular air hole 16a. The four air holes 16c are placed horizontally in the plane of the axis of the gun, and the axes of each of these holes are arranged to project a stream of air transversely to the main axis of the gun, as it is best seen in fig. 3.
The air cover 16 also comprises two air nozzles 27 and 28 conforming to the drawing, protruding towards the front, beyond the cover 16. These air nozzles 27 and 28 are made of a very insulating material, such as nylon, and having one or more holes which direct air currents transversely to the anterior extension of the axis of the gun 10.
The rod 17 performs three functions, namely controlling the supply of both liquid coating material and air, to the front end of the gun 10, and also creating a highly ionized zone, in before the end of the gun, as will be described more fully below. The rod 17 is arranged to be able to move in the axis of the gun 10, forwards and backwards, and it carries a cylindrical slide 17a arranged to block the compressed air line 21, and a valve conical or needle 17b, arranged to rest on a corresponding seat formed in the liquid nozzle 15, to control the circulation of the liquid in the conduit 15a.
The diameter of the anterior end of the rod 17 is extremely small, and this end may be a metal wire 17c of about 0.5 mm in diameter or, preferably, even smaller, which when the rod is in its rear position, and the gun in operation, extends approximately 13 mm beyond the front face of the air cover 16.
The rod 17 can move from its rear position (non-operating) to its front position (operating), under the action of a conventional compressed air mechanism. A helical spring 30, pressing against a piston 31 mounted on the rear end of the rod 17, pushes the latter forward so as to apply the needle 17b on its seat in the liquid nozzle 15 and that the drawer 17a blocks the air piping 21. When pressurized air is admitted through channel 22 into air chamber 32, piston 31 moves towards Par- rière in opposition to the reaction of spring 30 and it drives the rod 17 backwards to open the liquid duct 15a and the air channel 21.
Liquid coating material is normally admitted into channel 20 at a low pressure, normally 0.14 to 0.21 kg / cm2, and compressed air is admitted into channel 21 at low pressure. pressures of 0.84 to 1.05 kg / em = and, preferably, not exceeding 1.4.0 kg / cm2. As the rod 17 is moved rearward, the liquid coating material flows through the conduit <I> 15a </I> around the wire 17c.
At the same time, pressurized air flows through the annular air hole <I> 16a, </I> and through the air holes 16b and 16c, to spray the stream of liquid gushing out. air free from the end of the conduit <I> 15a, </I> in a jet of finely divided particles of liquid coating material. This spray, if it is not subsequently modified, is deposited on the article to be coated in an area of generally circular shape which, for most industrial painting operations, is not acceptable.
Consequently. air currents are projected transversely through the sprayed jet, by the air nozzles 27 and 28, as clearly indicated in fig. 1, so as to spread the jet outwardly to give it an oblong and narrow elliptical section, advantageous for most industrial spray coating operations.
The gun assembly 10 is maintained at a high negative potential, of the order of 100 kilovolts, by connecting terminal 23 to a high voltage source 34. The gun 10 is disposed in front of the article to. coat, and about 30 cm from this article which can move in front of the gun on a conveyor. The gun is preferably arranged so as to project the jet of liquid coating material directly onto the article to be coated; however, it may be advantageous, in some cases, to position the gun obliquely with respect to the article or the line of a series of articles moved in front of the gun, on a conveyor.
The articles to be coated are usually grounded through their conveyor, and when the end of the electrode wire 17c is at about 100 kilovolts, a strongly ionized zone is created in the center of the jet, which constitutes. an extremely efficient electrostatic charging device for the particles of the jet which have been sprayed into an area behind the end of the wire 17c. The particles are projected by the air currents coming from the air orifices (air holes 16a, 16b and 16c) generally along the lines of force starting from the end of the wire <B> 17th </ B> and leading to the article to be coated.
Since the air nozzles 27 and 28 are made of insulating material and the mass of the gun <B> 10, </B> although made of metal, is situated considerably behind the end of the wire 17c and does not has no sharp edges or protruding parts, the lines of force from the article are concentrated on the wire 17c, near its end. If the air nozzles 27 and 28 are sufficiently rounded and placed somewhat behind the end of the wire, for example 13 mm, they can be made of metal without seriously diminishing the efficiency.
To obtain the maximum effect, the end of the wire 17c should be placed in front of the area where the liquid is sprayed, so that the particles of the jet are projected through the highly ionized area created around the end of the liquid. the electrode. In any case, the end of the wire 17c should protrude at least 3 mm from the front face of the air cover, in the spray as described herein. The wire 17c can be extended by 25 mm, or even several times 25 mm, axially in front of the gun 10, beyond the anterior face of the cover 16, and still ensure the loading, and the deposit on the object. to be coated, a remarkably high proportion of the material sprayed.
However, radial displacement of the end of the electrode out of the axis results in a rapid decrease in this proportion and therefore in the deposit efficiency, and the end of the electrode must be closer to the jet axis as the end of the liquid outlet or as the front face of the air cover.
As an example of an assembly giving a very high deposition yield, the gun produced as shown in FIGS. 1 to 3 is installed 30 cm from an item and 100 kilovolts (negative polarity) are applied to the end of wire 17c from a high voltage block with alternating ripple of 5 '%, 100 cm - per minute of a baked enamel commonly used in industry, are sent into channel 20 and atomizing air under a pressure of 0.84 kg / cm is sent into channel 21. The wire 17c extends 13 mm beyond the front face of the air cover 16 and its diameter is 0.25 mm.
Under these conditions, the area of atomization of the liquid is about 3.2 mm, or slightly less, in front of the front face of the air cover 16. The front end of the nozzle 15 of the liquid surrounding the wire 17c is a thin-walled cylindrical tube with an internal diameter of 1 mm and an external diameter of 2.5 mm, its front end flush with the front face of the air cover 16.
Under these conditions, the air velocity near the surface of the article, itself 30 cm from the front end of the gun, is approximately 360 m / min. It has been found that with the charge and deposition arrangement described, it is advantageous that the air speed at the surface of the article does not exceed approximately 10 m / sec, and that the air speeds at the much higher surface of the object to be coated cause a marked decrease in the deposition yield.
Voltages close to / or greater than 100 kilovolts are advantageous for the use of the udder of the fi g. 1 to 3, but present a spark or arc flash hazard in the event that one of the objects to be coated (or some other grounded object) is brought too close to the loaded pistol. To reduce this possibility and so that the heavily loaded gun can be placed in the vicinity of the article, a strong resistance 36, of the order of 100 megohms, can be inserted in the line which leads from the voltage source 34 to terminal 23, and preferably in the immediate vicinity of the terminal.
While the value of this resistance may vary depending on the voltage of the gun 10, a resistance of about 1 megohm for each kilovolt applied to the gun gives a substantial reduction in the danger of arc flash or sparks.
Figs. 4 and 5 show a pistol 40 arranged to be used while holding it in the hand. This gun is connected, by supply lines arranged in a pipe 41, to a source 42 of liquid coating material, a source 43 of atomizing air, and it is connected to a high voltage source 44 by a conductor. Contained in the line 41. In order for the pistol to function without danger of sparks or arc flash which could cause fire or inconvenience to the user, certain principles set out in Swiss Patent No. 361744 are applied to it. The pistol 40 comprises a tubular main body 45 of a suitable, highly insulating material, such as nylon <B>, </B> the length of which is approximately 30 cm.
The body 45 is axially perforated to present a channel 45a, for the liquid coating material, a channel 45b for the atomizing air, and a central channel which receives an insulating tube 46 which contains means for transmitting high voltage to the end of the gun.
The rear end of tube 46 contains a metal wire 48 covered with polyethylene and coming from high voltage source 44. The front end of wire 48 is connected to a resistor 49 of high value, for example of the order of 450 megohms, when the output voltage of high voltage block 44 is 150 kilovolts.
Liquid is admitted to the forward end of the udder 40, from the power source 42, through a liquid line 50, under the control of a needle valve 52, operated by hand, and finally , by channel 45a. Spray air is supplied to the front end of the gun from the source 43 of compressed air, through the compressed air supply line 54 under the control of a spool 56 and, finally, through the channel 45b. The needle 52 and the drawer 56 are controlled by the same trigger 58 pivoted in the vicinity of a metal handle 60.
The gun 40 is designed to be held in the hand of the operator by this handle 60, which is grounded as shown in FIG. 5, and the user can control the flow of liquid and compressed air at the front end of the gun by pulling the trigger 58.
The front end of the gun 40 has a liquid nozzle 61 provided with an axial liquid channel 61a, and an air hood 62 provided with one or more atomizing air holes 62a located adjacent to it. immediate liquid channel 61a. The nozzle 61 and the cover 62 are of a very insulating material such as nylon, although, if very abrasive materials are to be sprayed, a cylindrical jacket of metal, quartz or the like may be inserted in the nozzle 61, around the channel 61a. The atomizing air holes in the air cover 62 can be arranged in principle as shown in Figs. 2 and 3 described above.
The air pot 62 also comprises two air nozzles 62b conforming to the spray pattern which have holes arranged to project air currents transversely to the axis of the atomized jet, so as to conform the following jet. the industrially advantageous fan design.
An electrode 64 formed by a thin metal needle extends axially in the liquid channel 61a to a point a little forward of the extreme projection of the air nozzles 62b. The electrode 64 is mounted in the anterior end of the gun body 45, and the posterior end of the electrode is electrically connected by a spring 65 with the front end of the high resistance 49 to create a highly ionized zone. in the vicinity of the end of electrode 64.
Due to the very low electrical capacity of the electrode 64 and res sort 65, as well as the current limitation due to the high resistance 49, the presence of a grounded object (or a person) in the immediate vicinity of, or even in contact with, the high load needle electrode 64 does not result in an arc or electric shock which could cause a fire or hamper the operator.
The effective electrical capacity of the conductive elements such as the electrode 64 and the spring 63, which lies beyond the resistor 49, this capacity being measured by their discharge characteristics, is advantageously kept as low as possible and, in in the case of a hand-held pistol, and preferably even in the case of an automatic pistol, this capacity should not exceed that of a metallic sphere of about 3 cm in radius, and it is preferably smaller than that of a metallic sphere with a radius of 1 cm.
Fig. 5 shows the gun 40 used to paint a series of metal bicycle frames 66, which move past the operator supported by hooks 67 suspended from a carrier 68, grounded. With 150 kilovolts applied to a resistor 49 of 450 megohms, and the gun being placed at the usual spray distances (15 to 30 cm) from the frames to be painted, grounded, the voltage drop across resistor 49 is approximate. ximally 50 kilovolts, thereby reducing the potential of electrode 64 to about 100 kilovolts.
At the short spraying distances which occasionally occur when using a hand-held pistol, that is to say at distances less than 15 cm, the handle, to the mass, of the pistol 40, n has practically no effect; with a pistol body 30 cm long, the grip is considerably farther from the charging electrode than the object to be coated, and the average gradient of the field potential between the charging electrode and the The object will be all the larger than that of the field between the charging electrode and the handle, so that the latter field effectively determines the ionization conditions of the atmosphere in the vicinity of the charging electrode.
However, as the spray distance increases beyond about 15 cm, the handle 60 begins to exert a measurable effect on the deposition efficiency which increases appreciably as the spray distance increases. When the spray distance equals or exceeds the distance between the electrode 64 and the ground handle, the increase in the deposition yield attributable to the presence of the handle is very marked.
The use of a handle or some other element mounted at a determined distance from the charging electrode, as a counter electrode, offers the possibility of using a potential source with an output voltage of less than that mentioned above, because, by reducing the distance separating these two electrodes, the same average potential gradient can be obtained with a corresponding reduction in the voltage difference maintained. In addition, the reduction of the voltage difference facilitates the introduction of advantageous safety features. The gun shown in fig. 6 to 9 is one of those possibilities.
The gun 70 shown in FIGS. 6 to 9 com takes a tubular body 71 of insulating material, receiving at its ends end pieces 72 and 73, also of insulating material, and put in place by an appropriate glue. The front end 72 carries a liquid nozzle 74 and an air cover 75 provided with the air nozzles 76. Operationally, the liquid nozzle 74 and the air cover 75 are similar to the ones in operation. corresponding elements of the guns already described, the liquid delivered by the end of the liquid nozzle being sprayed by the air delivered through an annular orifice surrounding this end and, if desired, through adjacent holes on the front face of the ca air pot.
The air nozzles 76, on their faces turned towards the axis of the body, have holes 77 inclined towards the front and towards the interior, to provide shaping jets of the spray jet. In the central channel of the liquid nozzle 74, behind the end of the nozzle, is disposed a support 78, made of insulating material, and having a cruciform cross section, for a charging electrode 79 which extends in it. support and extends to the front beyond the liquid spout hole.
The anterior nozzle 72 has several channels parallel to the axis, and a central cavity 80, or green at the front, which communicates with the interior of the liquid nozzle 74. The channels in the nozzle 72 include a channel 81 through which the air to shape the spray jet is sent to the nozzles 76, a channel 82 (fig. 7) for the atomizing air and a channel 83 through which the liquid is brought into the central cavity 80 The spray air discharged from the channel 82 enters an annular groove, outside the liquid 74, and flows through the eccentric channels 84 into an annular space which surrounds the end of the liquid nozzle. and which communicates with the atomizing air orifices on the front face of the air cover 75.
The posterior end piece 73, hollow, extends at the rear beyond the body 71 for fixing a handle advantageously comprising two complementary and similar parts 85, having parts 86 which surround the projecting rear end. end 73 and are attached to this end. Fixed in the handle, at its lower end, is disposed a block 87 through which extend a first step wise for a high voltage conductor 88, and two duct channels arranged to be connected respectively to the conduits 89 and 90 of air and liquid supply (fig. 9).
A valve body 92 is also fixed in the handle 73, at the rear thereof. Handle elements 85 and, preferably, block 87 and valve box 92, are made of metal and are grounded, as described below.
Inside the body 71 and the handle 85, there is a sleeve 93, of insulating material, and advantageously of polyethylene, the front end of which is engaged in a central recess on the rear face of the end piece 72. On a certain distance towards the rear, the hole of the sleeve 93 is enlarged to receive a resistor 94, the front end of which is connected to the rear end of the electrode 79, by a fitting 95 which extends through through the material of the end piece 72, into the cavity 80. This connector 95 is advantageously made of fine metal wire so that its capacity combined with that of the electrode 79 is as low as possible and at most equal to that indicated. as a maximum in the above description of the gun 40.
The high voltage conductor, generally designated 88, includes a center conductor 97, an insulating coating 98, a braided wire sheath 99 surrounding the coating 98, and, if desired, an outer coating 100. This outer coating 100 of the high voltage conductor 88 terminates in block 87 to uncover the braided wire sheath 99 which extends inwardly into a countersunk recess in the top face of the block where it receives a tapered expander ring 101 which expands the end of the sleeve and applies it in close contact with block 87, thereby securing conductor 88 to the gun and establishing an effective electrical connection between the braided sleeve and block 87, and through the latter, with the handle 85.
By thus grounding the sheath 99 in the current supply block, the handle is also grounded. Conductor 97, with its insulating jacket 98, extends upwardly through insulating sleeve 93 and contacts the rear end of resistor 94 to which conductor 97 may be electrically connected in any convenient manner.
Fig. 8 shows details of the valve box body 92. As can be seen, the valve box 92 has an air inlet port 105 and a liquid inlet port 106, respectively communicating through the tubes 107. and $ 10 with the air and liquid channels in block 87, at the lower end of the handle.
On its front face (fig. 6 and 9), the valve box 92 has a spraying air outlet port <B> 110 </B> connected, by a tube <B> 111, </B> to the atomizing air channel 82 in the front nozzle 72, an air outlet 112 for shaping the atomized jet connected, by a tube 113, to the channel 81 in the front nozzle, and a liquid outlet orifice 114 connected, by a tube 115, to the liquid channel 83 of the front end. The tubes <B> 111, </B> 113 and 115 are all made of insulating material.
The air outlet opening <B> 1 </B> 12 for shaping the pulverized jet is connected to the atomizing air outlet 110, via a channel 112 '( fig. 9) which is made in the valve box 92 and which contains a valve 116 regulating the flow rate of conformation air of the spray jet through the outlet orifice 112. The communication between the inlet orifice d The air and the air outlet ports, 110 and 112, is controlled by a valve 117, while the communication between the liquid inlet 106 and the liquid outlet 114 is controlled by a valve. 118.
The valves 117 and 118 are provided with rods 120 which extend through the branches 121 which are integral with the box 92 and protrude forward and backward on the opposite faces of the insulating sleeve 93 in the handle 85. At their front end, the rods 120 are provided with heads 122 guided to slide in the branches 121 and pushed by compression springs 123 which urge the valves 117 and 118 towards their closed position.
A trigger 125 is mounted to pivot in the angle formed between the body 71 and the part by which the handle 85 is gripped, and it carries adjustable screws 126 arranged to come into contact with the heads 122 of the valve stems, when the de tent is brought closer to the part by which the handle 85 is gripped so as to open the valves 117 and 118. An adjustable stop screw 127 is mounted in the trigger 125, in position to come into contact with the part by which is gripped the handle 85 to limit the opening movement of the valves 117 and 118. The screws <B> 126 </B> allow control of the order in which the valves 117 and 118 open when the trigger 125 is activated.
The gun produced as shown in FIGS. 6-9 comprises a barrel of a length such that the axial distance between the anterior end of the part 86 of the handle and the anterior face of the air hood 75 is approximately 13 cm. In order to provide a satisfactory charge zone for the sprayed jet, in the vicinity of the electrode 79 of this gun, a current supply block having a working voltage (negative) of 60 kilovolts was used. To ensure the safe use of the gun, a 160 megohms resistor 94 was used and an additional <B> 100 </B> megohms resistor was introduced in the output circuit of the power or feed unit. current.
When a gun, like the one just described, is placed so that the distance between the end of the electrode 78 and the ground handle is not greater than that between the end of the electrode and some other object to ground, the tip of the electrode has a negative potential of about 50 kilovolts, and the field between electrode 79 and handle 85-86 has an average gradient of potential in air of just over eight kilovolts per 2.5 cm, which is suitable for maintaining an area of the desired high concentration of atmospheric ions in the vicinity of electrode 79.
Compared with the gun 40, the smaller distance between the charging electrode and the counterelectrode in the gun 70 makes it possible to maintain a sufficiently effective charging zone on the electrode 79, with a lower applied voltage; and the ability to use a lower applied voltage, in turn, allows the use of a smaller and less expensive power pack, and a lighter and more flexible high voltage conductor 88. This latter characteristic is important in a hand-held pistol since a heavy conductor, relatively stiff as required by high tension, is a handicap for the operator to move the pistol.
In all of the guns shown and described above, the charging electrode is a single, fine metal wire, which extends forward and past the gun liquid port. Although this shape and arrangement gives the best results and is preferred, it is not essential. As to form, the base of the electrode is less important than its outer part, and this base may have a diameter greater than any of those mentioned above, if the remainder is suitably reduced. , and for example of tapered shape.
As to the arrangement, the charging electrode may be disposed on one side of the liquid orifice, but, as its lateral distance from the outgoing liquid increases, its ability to charge liquid particles and to produce a high deposit yield, falls quickly. As a result, an eccentric electrode disposed outside the path of the spray jet is not ordinarily employed unless it is placed no more than 13 mm from the axis of the liquid orifice, and 'it is preferred that such an electrode is not more than 6 mm from this axis. As has already been noted, it is preferred, if the electrode is eccentric, that its end be closer to the axis of the liquid orifice than to the plane of the orifice.
The efficiency of an eccentric electrode for charging particles can be increased, to some extent, by extending the electrode forward in the jet. Good deposition yields were obtained with a 0.25 mm diameter wire extending forward 1.5 cm from the paint orifice offset 19 mm from the axis, and held at a potential of 90 kilovolts, but the deposition efficiency can be increased significantly by reducing the electrode offset to 6 mm. It is preferred that the charge be achieved by only a single charge electrode, any additional electrode lowering the desired charge.
Under most industrial conditions, not only a small axial electrode but even a single electrode offset radially a small distance from the axis of the jet, produces better charging than two electrodes spaced the same distance from the jet. axis. In any case, the ionized zone created by the charge electrode is located so that it is traversed by the paint particles while, both the particles of the jet in the zone and the atmospheric ions in the same zone are in a state of high spatial concentration.
An example of such a zone is that which surrounds a localized point of the potential gradient of the order of that existing around the isolated end, that is to say not protected by a screen, of a wire 0.25 mm in diameter, presented longitudinally towards an opposite electrode, from which it is spaced 30 cm apart, the difference in potential between this electrode and the end of the wire being about 100 kilovolts. For best results, the potential of the charging electrode _ should be negative.
It is obviously important that the end of the electrode is placed in a region which is not unduly electrically protected. The presence of coarse particles in a spray paint spray can adversely affect the quality of the resulting finish, and it is advantageous for the higher quality finishes demanded in industry that the spray produces dots. impact of which the maximum magnitude does not exceed 0.38 mm.
The maximum magnitude of the point of impact, considered here, is defined as the average diameter of the ten largest spots or points of impact secured on a flat, grounded target of 10 by 15 cm, which traverses sufficiently quickly. the area of the jet in a plane perpendicular to the axis of the sprayer, and 30 cm from its foremost part, so that practically all of the particles of the jet deposited form non-overlapping impact points.
The effect of the electrodes in the spray jet on the quality of the spray obtained does not only depend on their diameter, but it is also influenced by other factors such as the distance over which they extend in the jet and the effect of the air jets to which they are exposed.
Thus, a 0.25mm diameter wire electrode extending 6mm beyond the liquid orifice has little or no effect on the quality of the spray, even at low spray air pressures, close to 0.840 kg / cm2; but if it spreads much more, or in the region where the jets of atomizing air spread appreciably and lose speed, spoilage of the spray can be expected.
However, unless the length of the electrode or its support is unusually long, any adverse effect on spraying from an electrode extending deep into the jet can be effectively eliminated by directing one or more jets. transverse air on the electrode. In the guns shown in the drawings, the shaping air jets delivered by the air nozzles can be used for this purpose.
In view of the above considerations, it is preferred to use electrodes not exceeding about 0.25mm in diameter, although electrodes up to 1.3mm in diameter can be used if the quality of the finish is not. critical, or if the electrode is exposed to air jets of suitable speed.
It has been found that by placing the counter-electrode behind the anterior end of the gun and outside the region crossed by the jet, it is possible to obtain a better deposition yield than with a gun not having a counter-electrode. -electrode. This can be achieved without particles of pulverized material being deposited on the counter electrode, which would reduce the efficiency of the apparatus and could even cause the formation of large particles which could deteriorate the finish of the coating. . By region crossed by the jet, it is necessary here to stretch the space occupied by the jet and adjacent to the latter and which must be free of any element having a potential capable of attracting the particles of sprayed paint.
While highly efficient charging of the particles in the jet can be achieved with a field between a charging electrode and a counter electrode, and while this efficient charging of particles by itself results in high deposition yields, it is still considers to be of some importance the fact that an appreciable field exists between the charging electrode and the part to be coated. In any given installation, at least a rough measure of the effective field strength extending from the charging electrode to the part to be coated is provided by the strength of the field current flowing to that part. to be coated when the gun is not supplied with liquid and compressed air.
Preferred are arrangements in which, under these conditions, the flow of field current to the workpiece is at least about one microampere, and more preferably at least five microamperes. This factor has an influence in determining the practical minimum distance between the charging electrode and the counter electrode. In order to achieve improved deposition efficiencies over commercial electrostatic udder udder systems, it is necessary to charge the particles in the jet to a certain minimum charge-to-mass ratio. Substantial additional advantages arise from charging at a certain higher ratio.
One method of determining the charge to mass ratio is to deposit charged particles on a suitable target and measure the current delivered to the target by the particles and measure the weight of particles deposited on the target per unit of. time. For such a test to give reliable results, it is necessary to take into account any current produced by the discharge of atmospheric ions onto the target. It is also necessary to calibrate the flow rate of the paint from the gun, the air speed and the sprayed paint.
The following test procedure has been found to give accurate, acceptable results as a measure of the relative efficiencies of different jet charge agencies. A ground target in the form of a flat sheet is used, preferably aluminum foil. , about 1 m long and 50 cm high, arranged in a vertical plane. The pistol is placed at a distance of 60 cm from this target and directed to discharge perpendicularly to the center of the latter. If the outline of the jet is not circular, the main axis must be horizontal.
Halfway between the target and the pistol, and centered both in relation to the pistol and the target, there is a ground grid made up of 24 vertical metal rods, 2.5 cm in diameter and 1.06 m in length, their axes being 7.6 cm from each other and in a plane parallel to the target. A first and a second micro-ammeter are respectively inserted on the conductors which ground the grid and the target. The air flow rate of the gun is adjusted to give a maximum speed of 12 m / sec at a distance of 30 cm from the gun.
Almost all ionized air particles are attracted to and discharged onto the grid, but a small portion of atmospheric ions pass through the grid to be discharged onto the target.
The apparatus described above being installed in still air, and the charging device being excited at the operating voltage, paint is admitted to the gun at a rate of 100 cm3 per minute and the indications of the two micro-ammeters are recorded. The paint flow is then interrupted, which usually causes an increase in the readings of the first micro-ammeter.
When such an increase occurs, the voltage is reduced until the readings of the first micro-ammeter reach their original value, and the readings of the second micro-ammeter are noted. The difference between these latter indications and the original indications of the second micro-ammeter represents, in a satisfactory manner, the current brought to the target by the paint particles alone, under the test conditions.
If the readings of the first micro-ammeter increase when the paint flow is interrupted, the current supplied by the paint is obtained by subtracting the current through the second micro-ammeter, from the operating voltage, without paint, from the indications of this micro-ammeter with paint.
The ratio (R) of the electric charge to the weight of the sprayed test paint, which can advantageously be expressed in micro-coulombs per gram, is determined by the formula
EMI0008.0022
in which I represents the current in micro-amperes brought by the charged paint, and determined in the previous paragraph; W1 represents the weight of the target in grams before testing, W_ represents the weight of the target after exposure, under test conditions, to the paint for a precisely determined time interval of approximately 10 seconds, then, after firing the painted target, for 20 minutes at 150 ° C;
t represents the exact time in seconds that the target is exposed to the jet; and S is the fraction representing by weight the solids content of the test paint.
The charge-to-mass ratio obtained with any jet charging installation can be affected by the characteristics of the paint used. To minimize variations which would otherwise result from differences between the paints, a standard paint having the following characteristics is used - 1 part by weight of 99% titanium dioxide, rutile;
32 parts by weight of a pure sicca tic alkyd in a solvent-free soybean oil medium (48% soybean oil, 34% phthalic anhydride and 18% glycerol)
. The alkyd must have an acid number of less than 12 and must be such that the viscosity of a solution obtained by diluting the alkyd to a content of 5011 / o in non-volatile products, with mineral spirits, must be in the range of 36 to 120 poises, at 25 C.
- A pigment and resin are ground to a fineness of 7 NS in Hegman caliber. After grinding, the paint is spread with mineral spirits up to a viscosity of 16 seconds, measured in a Ford NI) 4 cup, at 25 C;
- The mineral spirits mentioned above must have an aromatic content of 18%; a Kauri-butanol number of 38, a distillation range of 156 to 196 ° C, and a flash point of 400, tested in the closed Tag cup.
The charge system can achieve charge-to-mass ratios, measured by the above test procedure, much higher than those obtained with commercial electrostatic gun systems. It has been determined that in order to achieve these higher deposition yields the charge to mass ratio should be at least 3/1 of a microcoulomb per gram; and other appreciable advantages are obtained by using a charging device which gives a charge to mass ratio of at least three micro-coulombs per gram.
When reference is made below to a charging device capable of charging a jet to at least a certain number of micro-coulombs per gram, the operation of this device is contemplated under the conditions of the above test procedure. above.
When in the foregoing, we have spoken of painting, it should be understood that this term must be taken in a very general sense to understand ques, enamels, porcelain frits, etc. In general, the method and the apparatus of which examples have been described can be used for the application of any type of liquid material which, after application to a surface of an object, and either because of its characteristics, either due to subsequent treatment, stabilizes forming a dry film on the surface in question.
The application of the method is not limited to guns in which the liquid is sprayed using compressed air. This method includes features which can be advantageously used in hydrostatic guns, in which the liquid is ejected without air under high pressure through a small orifice and atomized by interaction with the atmosphere.